【正文】 按照運(yùn)行靜阻力、運(yùn)行速度計(jì)算機(jī)構(gòu)的靜功率。由彎矩平衡條件得：及 考慮其它阻力的附加阻力，乘以一個(gè)系數(shù)即 行走輪受力式中 —驅(qū)動(dòng)力矩(MPa)；—堆垛機(jī)的額定起重量和自重之和(N)；—行走輪滾動(dòng)摩阻系數(shù)；、—分別為車輪直徑和軸徑(mm)；—軸承摩擦系數(shù)。 , ,有當(dāng)時(shí) 中間叉受力分析 中間叉總體受力變形圖因載荷的作用，在間產(chǎn)生反力、設(shè)點(diǎn)的傾角為,擾度為當(dāng)時(shí)，設(shè)計(jì)選擇矩形空心型鋼，由得。 伸縮貨叉的撓度與強(qiáng)度 前叉的受力分析載荷在區(qū)間產(chǎn)生的反力有、在E點(diǎn)的傾斜角為，擾度為,。實(shí)際結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)向軸承為沿叉兩側(cè)對(duì)稱布置，因此導(dǎo)向軸承的徑向載荷[7]式中K為載荷均衡系數(shù)，與加工和裝配精度有關(guān)，一般取K=～。貨叉的伸叉速度為V，則中叉的運(yùn)行速度 各叉導(dǎo)向軸承徑向載荷計(jì)算各叉板在相互運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)保持穩(wěn)定的導(dǎo)向支撐連接關(guān)系，本設(shè)計(jì)采用滾動(dòng)軸承和凹槽組成的滾動(dòng)副。為解決堆垛機(jī)制動(dòng)時(shí)的沖擊問題，需要設(shè)計(jì)同步夾緊制動(dòng)裝置。此外，由于天軌與導(dǎo)輪之間存在間隙，又無夾緊定位，停車存取作業(yè)時(shí)，由上導(dǎo)輪間隙產(chǎn)生的角傾斜，加大了貨叉作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的下?lián)稀Ｔ谙聶M梁兩端頭部設(shè)置清軌器和聚氨脂緩沖器，減少碰撞時(shí)的沖擊力。圖b采用套裝式減速器，減速器提供空心軸孔，驅(qū)動(dòng)輪軸直接插入減速器空心軸孔中，車輪組安裝時(shí)較簡(jiǎn)便，并能使運(yùn)行機(jī)構(gòu)整體布置緊湊。本設(shè)計(jì)采用地面驅(qū)動(dòng)形式，主動(dòng)輪和從動(dòng)輪沿設(shè)在地面上的單軌運(yùn)行。這種安全機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求是敏度高、作用可靠、沖擊小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便等。 (b)圖采用的也是平行軸圓柱齒輪減速器，它將電動(dòng)機(jī)和卷筒布置在減速器的兩側(cè)，這種布置型式適用于減速器的中心距不夠大，整套機(jī)構(gòu)的寬度尺寸不受限制的情況。鋼絲繩3纏繞在卷筒8上，由卷筒引出后通過上橫梁的固定滑輪2與載貨臺(tái)上的動(dòng)滑輪10連接，卷筒在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，通過控制電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速可以準(zhǔn)確控制載貨臺(tái)位置。 電動(dòng)葫蘆起升機(jī)構(gòu)采用鏈輪與鏈條起升，該形式在結(jié)構(gòu)上由于升降電機(jī)裝置上置，使堆垛機(jī)重心上移，增加了不穩(wěn)定因素。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用齒輪齒條式貨叉伸縮機(jī)。前叉可以從中間叉的中點(diǎn)，在鏈條或鋼絲繩驅(qū)動(dòng)下向左或向右伸出比自身稍長(zhǎng)的長(zhǎng)度。為了從結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求，必須采用多級(jí)伸縮式貨叉，目前最常用的是3級(jí)直線差動(dòng)式貨叉。用在起升高度較高、起重量較大和水平運(yùn)行速度較高的立體倉(cāng)庫(kù)中，符合本設(shè)計(jì)的任務(wù)要求。 單立柱有軌巷道堆垛機(jī)通過對(duì)比分析，本設(shè)計(jì)中堆垛機(jī)應(yīng)用于機(jī)械零件及毛坯的搬運(yùn)，受力較大。立柱多采用型鋼或焊接制作，立柱上附加導(dǎo)軌。 有軌巷道堆垛機(jī)門架結(jié)構(gòu)選型按傳統(tǒng)門架結(jié)構(gòu)形式堆垛機(jī)可分為雙立柱有軌巷道堆垛機(jī)和單立柱有軌巷道堆垛機(jī)：(1)雙立柱有軌巷道堆垛機(jī)雙立柱有軌巷道堆垛機(jī)由兩根立柱、上橫梁、下橫梁和帶貨叉的載貨臺(tái)組成，立柱、上橫梁和下橫梁組成一個(gè)長(zhǎng)方形的框架，一般稱為機(jī)架。2 堆垛機(jī)總體方案的確定堆垛機(jī)工作于立體倉(cāng)庫(kù)貨架之間，為節(jié)省空間，加大有限空間存貨量，現(xiàn)代立體倉(cāng)庫(kù)貨架間距做的很窄而高度很高。國(guó)產(chǎn)堆垛機(jī)的質(zhì)量相對(duì)國(guó)外堆垛機(jī)而言差距較大，為使國(guó)產(chǎn)堆垛機(jī)趕超國(guó)際水平，應(yīng)加強(qiáng)自主研究和開發(fā)。但是，伴隨高速化的另一個(gè)重要問題是停止，為了滑動(dòng)停止就必須降到很低的速度。2004年國(guó)際物流綜合展覽會(huì)上推出的超高效能巷道堆垛機(jī)“HV1”，走行速度500m/min，處理能力每小時(shí)500箱，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)存取效率的飛躍。1960年左右在美國(guó)出現(xiàn)了巷道堆垛機(jī)，這種堆垛機(jī)是在地面的導(dǎo)軌上行走，利用貨架上部的導(dǎo)軌防止傾倒。20世紀(jì)70年代初期，我國(guó)開始研究采用巷道式堆垛機(jī)的立體倉(cāng)庫(kù)，1980年我國(guó)第一座自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在北京汽車制造廠投產(chǎn)，從此自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在我國(guó)得到了迅速發(fā)展。而我國(guó)在堆垛機(jī)制造技術(shù)上和世界發(fā)達(dá)國(guó)家有很大差距，鑒于我國(guó)未來物流業(yè)發(fā)展的廣闊空間，堆垛機(jī)技術(shù)落后必將成為限制我國(guó)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)發(fā)展的瓶頸，使我國(guó)在國(guó)際物流業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中處于不利地位。1 緒論 本課題研究的背景及意義我國(guó)現(xiàn)在正處于工業(yè)化、城市化發(fā)展的高速期，未來一段時(shí)間內(nèi)，土地資源和勞動(dòng)力資源將會(huì)成為制約企業(yè)發(fā)展的瓶頸，鑒于此，建造立體倉(cāng)庫(kù)是未來企業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是現(xiàn)代物流中的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)物流系統(tǒng)合理化的關(guān)鍵。鑒于以上因素，發(fā)展堆垛機(jī)技術(shù)有積極意義。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到目前已建成三百余座。隨著立體倉(cāng)庫(kù)的發(fā)展，巷道堆垛機(jī)逐漸替代了橋式堆垛機(jī)。80年代初期，巷道堆垛機(jī)的運(yùn)行能力主要由機(jī)械的速度模式來決定，速度控制是將子母電機(jī)或變極電機(jī)進(jìn)行復(fù)合，機(jī)械式地進(jìn)行速度切換來控制高速、低速運(yùn)行。當(dāng)進(jìn)行速度切換時(shí)，由于急加減速而形成的或是由于制動(dòng)停止而引起的沖擊，誘發(fā)了機(jī)械的振動(dòng)。 本課題設(shè)計(jì)任務(wù)及要求此堆垛機(jī)用于機(jī)械加工工廠的毛坯、零件倉(cāng)庫(kù)，倉(cāng)庫(kù)貨架總高度為10m，貨物單元長(zhǎng)、寬尺寸為1200x1000mm，額定負(fù)載800kg，最高行走速度120m/min，最高升降速度30m/min，最高貨叉速度30m/min，首層貨架高度600mm，負(fù)載單元器具為托盤或貨箱，貨叉數(shù)為雙貨叉，每小時(shí)出入庫(kù)20次，平均工作周期3min。堆垛機(jī)在此環(huán)境下工作，決定其整體結(jié)構(gòu)高而窄，為防止傾倒，將堆垛機(jī)行走軌道設(shè)計(jì)成上下雙軌，下部地軌起支撐和引導(dǎo)作用，上部天軌可支持堆垛機(jī)直立行走，保證不發(fā)生傾倒事故。這種堆垛機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)就是強(qiáng)度和剛性都比較好，能快速起、制動(dòng)，并且運(yùn)行平穩(wěn)。整機(jī)重量較輕，消耗材料少，因此制造成本相對(duì)較低，但剛性稍差。單立柱堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)剛度小，設(shè)計(jì)大剛度門架較困難。 貨叉伸縮機(jī)構(gòu) 貨叉結(jié)構(gòu)貨叉伸縮機(jī)構(gòu)是堆垛機(jī)存取貨物的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，置于堆垛機(jī)載貨臺(tái)上，可以橫向伸縮以便向兩側(cè)貨格送入或取出貨物。底叉固定在載貨臺(tái)上，動(dòng)力裝置安裝在底叉上，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)中叉相對(duì)底叉運(yùn)動(dòng)，中叉和上叉之間裝有直線差動(dòng)機(jī)構(gòu)，使中叉相對(duì)底叉運(yùn)動(dòng)時(shí)，上叉相對(duì)中叉以2倍速運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)大距離伸叉的要求。 齒輪齒條式伸縮叉伸縮機(jī)構(gòu)，固定叉安裝在載貨臺(tái)上，固定貨叉、中、上叉之間由鏈輪鏈條進(jìn)行連接，電動(dòng)機(jī)通過驅(qū)動(dòng)鏈輪由鏈條帶動(dòng)中間叉運(yùn)動(dòng)，從固定叉中點(diǎn)向左或向右伸縮，在中叉向左或向右伸縮時(shí)，由另外兩條鏈帶動(dòng)上叉以三倍速度伸縮。 起升機(jī)構(gòu) 起升機(jī)構(gòu)形式起升機(jī)構(gòu)通過支架用螺栓固定在立柱下端，本設(shè)計(jì)可參考方案有電動(dòng)葫蘆起升機(jī)構(gòu)，卷?yè)P(yáng)機(jī)起升機(jī)構(gòu)以及鏈條起升機(jī)構(gòu)。鏈傳動(dòng)本身不穩(wěn)定，工作中產(chǎn)生振動(dòng)和脈動(dòng)，且工作一段時(shí)間吊鏈伸長(zhǎng)量超標(biāo)(5%)，必須更換，增加了成本和輔助時(shí)間，對(duì)于高度較高的堆垛機(jī)設(shè)備不是最合理的選擇，本設(shè)計(jì)不采用。1機(jī)架 2定滑輪 3鋼絲繩 4電動(dòng)機(jī) 5支座 6聯(lián)軸器 7減速器 8卷筒 卷?yè)P(yáng)機(jī)起升機(jī)構(gòu) 卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)的布置方案卷?yè)P(yáng)機(jī)典型布置方案有3種。 (c)圖采用的是直交軸的減速器，它是在整套機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)度尺寸不受限制的情況下采用的一種布置型式。 行走機(jī)構(gòu)行走機(jī)構(gòu)是堆垛機(jī)水平運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，一般由電動(dòng)機(jī)，聯(lián)軸器，制動(dòng)器，減速器和行走車輪組成。 行走機(jī)構(gòu)堆垛機(jī)的頂部用兩組水平輪固定在上橫梁的工字鋼導(dǎo)上。主動(dòng)車輪通過鍵與軸連接，減速器底座用螺栓固定在下橫梁一側(cè)的底座上，輸入側(cè)通過電機(jī)連接盤與電機(jī)殼相連。 行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)形式(a) (b)由于堆垛機(jī)的高窄結(jié)構(gòu)，當(dāng)堆垛機(jī)下部行走機(jī)構(gòu)制動(dòng)時(shí)，慣性力的作用會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)方向出現(xiàn)點(diǎn)頭擺動(dòng)。要克服以上不足，堆垛機(jī)停車過程必須即制即停，并且保持足夠的剛度，從而減小作業(yè)時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，克服上部導(dǎo)輪間隙造成的傾斜，減小貨叉的下?lián)?，提高定位精度?3 貨叉伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 直線差動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 伸縮叉尺寸確定根據(jù)使用要求，確定貨叉長(zhǎng)度為1000mm，貨叉伸出量為1100mm。貨叉在長(zhǎng)度方向有2個(gè)支撐點(diǎn)，能形成懸臂支撐關(guān)系，可以承受載荷。使中叉運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力式中f為滾動(dòng)軸承摩擦阻力系數(shù)，f= 中叉驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，采用漸開線直齒圓柱齒輪和齒條傳動(dòng)，小齒輪直接安裝在減速電機(jī)的輸出軸上，根據(jù)結(jié)構(gòu)布置和強(qiáng)度分析確定小齒輪分度圓直徑為d1 =63mm則(1)小齒輪轉(zhuǎn)速(2)小齒輪(減速電機(jī)輸出軸)轉(zhuǎn)矩確定減速電機(jī)的輸出扭矩T和輸出轉(zhuǎn)速n。 前叉受力變形圖由，當(dāng)時(shí)，有 其中為單個(gè)貨叉受力，按載重增加25%作為試驗(yàn)載荷。 中間叉截面尺寸 因時(shí)，, 則求時(shí)的傾斜角 中間叉前端受力變形圖把段作為剛性，點(diǎn)作為固定端考慮，并設(shè)由于在中叉產(chǎn)生的反力為和，而由這些反力作用在叉子前端產(chǎn)生的擾度為和，則 在時(shí)其次]當(dāng)時(shí)， 所以因此，設(shè)載貨臺(tái)和立柱為剛性時(shí)，伸縮貨叉工作的總擾度為4 堆垛機(jī)升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 升降機(jī)構(gòu)零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）起重鋼絲繩（以最大靜載荷計(jì)算）鋼絲繩最大拉力—堆垛機(jī)最大起升載荷 —起升滑輪組倍率 —滑輪組總效率鋼絲繩破段拉力n—安全系數(shù)，取5根據(jù)破段拉力選擇鋼絲繩：鋼繩6x19 B類同向 d=8mm[4]（2）滑輪選擇根據(jù)起升鋼絲繩直徑確定滑輪尺寸，滑輪為標(biāo)準(zhǔn)件，滑輪輪徑D與鋼繩直徑d比：選取滑輪的軸徑d=50mm，輪徑D=200mm（3）卷筒選擇采用單層繞線卷筒，卷筒直徑—鋼繩中心計(jì)算的卷筒最小直徑 —鋼繩直徑 h—起升系數(shù)（中級(jí)）為縮短卷筒長(zhǎng)度，選取卷筒的直徑為D=250mm，鋼繩中心計(jì)算的卷筒直徑為=263mm卷筒繞線長(zhǎng)度H—堆垛機(jī)最大起升高度 t—繩槽節(jié)距 —附加安全圈數(shù)卷筒總長(zhǎng)度—固定繩頭長(zhǎng)度，取25mm —工藝長(zhǎng)度，取80mm。由[2]P119查得：滾動(dòng)阻力系數(shù) ，軸承摩擦系數(shù)，附加阻力系數(shù)，代入上式中：當(dāng)有軌巷道堆垛機(jī)在室內(nèi)運(yùn)行時(shí)，風(fēng)阻力和軌道斜坡阻力較小，經(jīng)常忽略不計(jì)；所以有軌巷道堆垛機(jī)的靜阻力等于其摩擦阻力。靜功率(kw)的計(jì)算公式為—運(yùn)行機(jī)構(gòu)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的靜阻(N)；—堆垛機(jī)的運(yùn)行速度(m/min)取120m/min計(jì)算；查[14]表3127選用電動(dòng)機(jī)Y100L24,轉(zhuǎn)速1430r/min,質(zhì)量38kg 減速器的選擇車輪的轉(zhuǎn)數(shù)：機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比：根據(jù)傳動(dòng)比初選擇減速器型號(hào)為：FA37，輸出轉(zhuǎn)速128r/min，輸入功率3kw。同樣，在通道的垂直方向，立柱由于貨叉作業(yè)時(shí)的彎矩作用而發(fā)生彎曲，使伸長(zhǎng)的伸縮叉的前端撓度增大，影響正常定位。 水平載荷產(chǎn)生的彎矩計(jì)算，(a)、(b）,用角變位移進(jìn)行計(jì)算。列出角變位移方程式： 行走輪受力分析圖行走車輪反力：固定端彎矩： = = 則 且由由水平載荷產(chǎn)生的彎矩與行走車輪反力產(chǎn)生的彎矩的和彎矩為：由于立柱和上下梁采用同種材料，只需校核最大彎矩所在截面的強(qiáng)度，其抗彎截面系數(shù)門架結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度要求。([3]P129)由貨叉外伸產(chǎn)生的彎矩相比前兩類彎矩影響較小，而且堆垛機(jī)不會(huì)在貨叉伸出的情況下走行，所以可以認(rèn)為最大彎矩為水平載荷產(chǎn)生的彎矩與行走車輪的反力產(chǎn)生的彎矩的合成彎矩，門架強(qiáng)度可由此最大彎矩校核。當(dāng)行走機(jī)構(gòu)釋放制動(dòng)時(shí)，電磁鐵同時(shí)斷電，同步制動(dòng)裝置在彈簧力拉動(dòng)下，使連桿脫離死點(diǎn)，夾緊鉗松開。 安全機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)在參考其他設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上提出一種彈性裝置的堆垛機(jī)安全機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。彈簧選擇：（參考[6]）最小工作載荷最大工作載荷彈簧工作行程（根據(jù)結(jié)構(gòu)自定）彈簧端部結(jié)構(gòu)形式及支承圈數(shù)（選擇兩端并緊磨平式）實(shí)驗(yàn)載荷或，計(jì)算 查表取近似值